污泥大會(huì)報(bào)告日程中國(guó)給水排水2021年污泥大會(huì)邀請(qǐng)函0322.doc
中國(guó)給水排水2021中國(guó)垃圾滲濾液處理大會(huì)邀請(qǐng)函暨征稿啟事0224.doc
題 目：碳中和背景下污泥厭氧消化系統(tǒng)的能量循環(huán)和能量回收
報(bào)告人：北京市市政工程設(shè)計(jì)院研究總院有限公司 戴明華 水一院副總工程師
污泥處理處置是我國(guó)污水處理的短板，同時(shí)也是打贏污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的重要任務(wù)。基于污泥特性與處理處置技術(shù)特征，污泥處理處置過程碳排放主要包括能耗藥耗造成的能量源碳排放、逸散性溫室氣體排放，以及能量資源回收和產(chǎn)物利用形成的碳補(bǔ)償。敬請(qǐng)期待！
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中國(guó)給水排水2021年固廢資源化大會(huì)邀請(qǐng)函0322.doc
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2020年9月第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上，習(xí)近平主席宣布，我國(guó)二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。
此后，歐盟、日本、韓國(guó)、加拿大等也相繼公布碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)時(shí)間表，美國(guó)也提出重回《巴黎協(xié)定》。
目前，全球重要經(jīng)濟(jì)體，占全球GDP75%、占全球碳排放量65%的國(guó)家開始碳中和。一場(chǎng)波瀾壯闊的全球綠色低碳轉(zhuǎn)型大潮正在形成。
所謂碳中和（Carbon neutrality）是指企業(yè)、團(tuán)體或個(gè)人在一定時(shí)間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的二氧化碳排放總量，通過植樹造林、節(jié)能減排等形式全部抵銷，實(shí)現(xiàn)“零排放”。
從中國(guó)當(dāng)前現(xiàn)狀來看，發(fā)電和工業(yè)端以及交通部門是碳排放的主要來源，農(nóng)業(yè)、居民、商業(yè)和公共服務(wù)等行業(yè)的碳排放相對(duì)較低。
在工業(yè)端，能源加工行業(yè)、鋼鐵行業(yè)以及化學(xué)原料制造業(yè)等相關(guān)高耗能行業(yè)不僅是煤炭消費(fèi)的重點(diǎn)行業(yè)，也是二氧化碳排放的主要行業(yè)。因此，隨著碳中和戰(zhàn)略全面展開，未來40年，中國(guó)的能源系統(tǒng)將發(fā)生顛覆性改變。
與此同時(shí)，由于產(chǎn)業(yè)鏈效應(yīng)，能源系統(tǒng)的變革，必將推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)生全方位改變。中國(guó)能源研究會(huì)常務(wù)理事、國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化戰(zhàn)略研究和國(guó)際合作中心研究員李俊峰指出，“碳中和不僅僅只是能源的事，它與產(chǎn)業(yè)鏈等方方面面都有關(guān)系。碳中和目標(biāo)將深刻影響下一步產(chǎn)業(yè)鏈的重構(gòu)、重組和新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。”
在2030年之前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，這就要求部分地區(qū)和部分行業(yè)率先達(dá)峰。根據(jù)我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，工信部今年將實(shí)施工業(yè)低碳行動(dòng)和綠色制造工程，并制定鋼鐵、水泥等重點(diǎn)行業(yè)碳達(dá)峰行動(dòng)方案和路線圖。正在制定的“十四五”規(guī)劃也將碳達(dá)峰和碳中和作為污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的主攻目標(biāo)。預(yù)計(jì)今年秋冬將出臺(tái)部門、地方和行業(yè)等的專項(xiàng)規(guī)劃。
2021年1月1日起，全國(guó)碳市場(chǎng)首個(gè)履約周期（截止到今年12月31日）正式啟動(dòng)，涉及2225家發(fā)電行業(yè)的重點(diǎn)排放單位。這是我國(guó)第一次從國(guó)家層面將二氧化碳控排責(zé)任壓實(shí)到企業(yè)，通過市場(chǎng)倒逼機(jī)制，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)。變革的序幕已悄然拉開！
相比而言，污水處理行業(yè)能耗雖然沒有發(fā)電、鋼鐵、化工等行業(yè)那么高，但總能耗占比并不小，也屬于能耗大戶。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2014年污水處理廠電耗占全國(guó)總電耗的0.26%，算上工業(yè)廢水處理和污泥處理，所占比例將超過2%。美國(guó)有16000多座污水處理廠，耗電量占全社會(huì)總耗電量的1%。在丹麥，水和廢水的處理流程消耗了25%～40%的市政電力。
另外，污水處理需要消耗大量燃料和藥劑，間接排放大量溫室氣體，處理過程本身也會(huì)直接排放溫室氣體。聯(lián)合國(guó)數(shù)據(jù)顯示，全球污水處理等水處理行業(yè)碳排放量大約占全球碳排放量2%左右。美國(guó)2017年能源消耗量中約2% 用于飲用水和污水處理系統(tǒng)，產(chǎn)生約4100萬噸溫室氣體。
此外，水泵也是污水處理主要能耗來源之一。格蘭富集團(tuán)數(shù)據(jù)顯示，水泵消耗的能源占所有與水相關(guān)設(shè)施能耗的10%。
從能量轉(zhuǎn)化的角度來說，傳統(tǒng)污水處理模式本質(zhì)是以能耗換水質(zhì)。為了減少水污染，我們使用大量電能，間接產(chǎn)生大量二氧化碳排放，對(duì)全球生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響。
因此，為了減少碳排放，降低污水處理能耗和物耗是行業(yè)升級(jí)的必然目標(biāo)。目前，世界上已有多個(gè)國(guó)家發(fā)布污水廠碳中和技術(shù)路線圖，美國(guó)提出2030年所有污水處理廠都要實(shí)現(xiàn)碳中和。
然而，作為重要的公共事業(yè)，中國(guó)污水處理率還沒達(dá)到100%，減少水污染仍然是生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的重中之重�？梢灶A(yù)見，污水處理行業(yè)短期內(nèi)尚不具備承擔(dān)大規(guī)模減排任務(wù)的客觀條件。
但是，從提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力層面來講，綠色低碳發(fā)展也是必走之路。同時(shí)，作為政策驅(qū)動(dòng)的行業(yè)，企業(yè)若能提早開啟低碳變革，必將贏得更大的主動(dòng)權(quán)和更廣闊的發(fā)展空間。
那么，污水處理行業(yè)如何實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展呢？總的來說可以從開源和節(jié)流兩個(gè)方面考量。梳理國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，具體可以從以下幾個(gè)方面入手。
1.優(yōu)化工藝回收有機(jī)物能量
首先，通過開源實(shí)現(xiàn)能量自給，是從根本上解決綠色低碳發(fā)展問題。據(jù)測(cè)算，污水中所含能量達(dá)污水處理本身所消耗能量的9-10倍之多。通過優(yōu)化污水處理工藝，回收有機(jī)物能量，利用沼氣熱聯(lián)發(fā)電，可實(shí)現(xiàn)碳中和。
奧地利Strass污水處理廠持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)工藝，早在2005年即實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能大于能耗（108%能源自給率），現(xiàn)已達(dá)到200%能源自給率，超標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)碳中和。
美國(guó)希博伊根污水處理廠利用高濃度食品廢物與污泥厭氧共消化產(chǎn)生的甲烷進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)，同時(shí)采取節(jié)能措施，實(shí)現(xiàn)電量與耗電量比值達(dá)90%~115%，已逼近碳中和目標(biāo)。
在污泥處置領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)小紅門、高碑店污泥處理中心成功運(yùn)行，污泥產(chǎn)氣率超出預(yù)期目標(biāo)，除滿足熱水解能量平衡的需要外，還有余量。這充分表明，污泥高級(jí)厭氧消化技術(shù)已經(jīng)比較可靠、穩(wěn)定，既為國(guó)內(nèi)污泥處理探索出新思路，同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)碳中和提供有力支撐。
當(dāng)然，污水處理工藝優(yōu)化是一個(gè)長(zhǎng)期的過程。奧地利strass污水處理廠曾經(jīng)用十多年時(shí)間持續(xù)優(yōu)化處理工藝，才達(dá)到當(dāng)前的處理水平。
此外，我國(guó)城市污水處理廠進(jìn)水COD濃度偏低，只有歐美國(guó)家的40%-70%，造成碳源不足。這就要求必須因地制宜研發(fā)適合中國(guó)國(guó)情的污水處理工藝。
2.中國(guó)的污水處理概念廠實(shí)踐
在深入研究了解國(guó)外先進(jìn)污水處理廠理念、工藝、技術(shù)和工程實(shí)踐的同時(shí)，中國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界也在積極探索新的污水處理模式。
2014年，中國(guó)工程院院士曲久輝等6位專家提出“建設(shè)面向未來的中國(guó)污水處理概念廠”的構(gòu)想。2018年，河南水利投資集團(tuán)和中持水務(wù)公司以概念廠早期版本為藍(lán)本，建設(shè)了河南商丘睢縣第三污水處理廠。
睢縣項(xiàng)目綜合運(yùn)用秸稈、畜禽糞便、水草及污泥等多種物料進(jìn)行協(xié)同高干厭氧消化，采用DANAS干式厭氧發(fā)酵技術(shù)，顯著提高有機(jī)質(zhì)處理效率，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的良性循環(huán)和資源化運(yùn)營(yíng)。產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電，可滿足廠區(qū)20-30%的能耗。
同時(shí)，降低污泥處理難度，污泥處理后產(chǎn)生的有機(jī)肥已用于廠區(qū)農(nóng)作物實(shí)驗(yàn)性種植。該項(xiàng)目得到廣泛認(rèn)可，也讓當(dāng)?shù)鼐用窈驼猩砀惺艿絼?chuàng)新發(fā)展、綠色發(fā)展的魅力。
如果說睢縣項(xiàng)目是1.0版的概念廠，那么2020年4月動(dòng)工的江蘇宜興城市水資源概念廠則是2.0版。該項(xiàng)目是第一個(gè)完整遵循概念廠理念的污水處理廠，除了污染物削減基本功能，還具有城市能源工廠、水源工廠、肥料工廠等新功能，進(jìn)一步將發(fā)展成為城市與鄉(xiāng)村全方位融合和互利共生的新型環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施。該項(xiàng)目于今年年中建成，如能持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)，將為中國(guó)污水處理行業(yè)綠色低碳發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級(jí)帶來深遠(yuǎn)影響。
3.改造升級(jí)曝氣系統(tǒng)
其次，因地制宜積極采取各種措施實(shí)現(xiàn)能量節(jié)流，也是綠色低碳發(fā)展的重要組成部分。
有數(shù)據(jù)表明，我國(guó)污水處理廠處理單位體積污水的電耗在0.15～0.28kW·h/m3左右。其中，曝氣鼓風(fēng)機(jī)電耗所占比例為56.2%。雖然不同處理工藝能耗不同，但曝氣系統(tǒng)總體能耗占比最大是事實(shí)。因此，污水處理廠節(jié)能降耗關(guān)鍵點(diǎn)在升級(jí)改造曝氣系統(tǒng)。
曝氣系統(tǒng)節(jié)能的核心是在保證出水達(dá)標(biāo)的前提下，按需提供微生物所需的溶解氧，達(dá)到供需平衡，避免曝氣能耗的浪費(fèi)。這就需要精準(zhǔn)掌控微生物的活動(dòng)過程，同時(shí)精準(zhǔn)控制鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行過程。既要防止過度曝氣，也要防止曝氣不足。這對(duì)硬件設(shè)備和控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和精準(zhǔn)度等提出很高要求。
據(jù)國(guó)內(nèi)一家多年從事曝氣系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)研究的企業(yè)介紹，要想實(shí)現(xiàn)曝氣系統(tǒng)精準(zhǔn)控制，不僅對(duì)技術(shù)有要求，而且對(duì)設(shè)備的選型和品牌也有要求，甚至對(duì)流量計(jì)、液位計(jì)等計(jì)量設(shè)備的安裝位置也有嚴(yán)格要求�？偟膩碚f，改造升級(jí)曝氣系統(tǒng)需要系統(tǒng)角度綜合考量各個(gè)要素，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程。
國(guó)內(nèi)有案例表明，通過對(duì)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，日均耗電量從32990降低到29835，降低3155，降幅達(dá)11.4%。粗略估算，每年可減少二氧化碳排放1148噸。對(duì)于中小型污水處理廠來說，每年至少能節(jié)省幾十萬甚至上百萬的電費(fèi)。同時(shí)削減單位總氮達(dá)10.8%，削減單位氨氮達(dá)13.1%。
4.優(yōu)化原料投入環(huán)節(jié)
污水處理工藝多樣，但本質(zhì)是通過生化反應(yīng)來去除水中污染物。因此，在處理環(huán)節(jié)需要投加碳源和多種化學(xué)藥劑。這些原材料在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中消耗能源，在投加過程中也消耗一定能源。因此，優(yōu)化投料環(huán)節(jié)，有助于節(jié)能降耗減少碳排放。
如何優(yōu)化原料投入環(huán)節(jié)呢？目前，市場(chǎng)上主要有兩種方式。
第一種，對(duì)加藥系統(tǒng)進(jìn)行配置升級(jí)，由常用的變頻計(jì)量泵升級(jí)為數(shù)字泵，加藥量有不同程度減少。
另外，也有企業(yè)深入研究碳源投加和除磷加藥環(huán)節(jié)，對(duì)加藥設(shè)備進(jìn)行智能化精準(zhǔn)化控制。有數(shù)據(jù)表明，相比傳統(tǒng)模式，最高可減少9.66%的加藥量。
第二種，運(yùn)用AI技術(shù)對(duì)污水水量、水質(zhì)等參數(shù)和加藥系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)等進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，形成最優(yōu)算法模型，從而實(shí)現(xiàn)加藥系統(tǒng)精細(xì)化控制，也能有效降低藥品消耗以及設(shè)備運(yùn)行能耗。
5.優(yōu)化排水管網(wǎng)輸水性能
在城市污水處理系統(tǒng)中，污水的收集和輸送涉及大規(guī)模的管網(wǎng)鋪設(shè)和較長(zhǎng)距離的輸送，需要大量的能耗用以支持日常的運(yùn)行和維護(hù)。為了最大可能降低這部分能耗，必須采取多種措施優(yōu)化管網(wǎng)輸水性能。
其中，最基礎(chǔ)的是改造升級(jí)管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理模式，重點(diǎn)工作包括漏損點(diǎn)勘測(cè)、定位、維修和潛在漏損風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防。實(shí)現(xiàn)排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能迅速分析是否發(fā)生漏損、堵塞，及嚴(yán)重程度、具體地點(diǎn)等，為管理人員快速維修提供精準(zhǔn)支撐。
提高排水管網(wǎng)輸水性能，最根本性的解決措施是提高排水管網(wǎng)覆蓋率，實(shí)現(xiàn)污水100%收集，同時(shí)進(jìn)行雨污分流改造，大幅提高污水處理廠進(jìn)水碳氮比。如此就能解決碳源不足問題，有效提高污水處理廠有機(jī)質(zhì)-甲烷轉(zhuǎn)化率，把污水處理廠變成發(fā)電廠，從根本上解決能耗問題，實(shí)現(xiàn)碳中和。
6.排水泵站節(jié)能降耗
排水泵站也是耗能大戶。有數(shù)據(jù)表明，排水泵站占城市水務(wù)總能耗的35%。因此，對(duì)排水泵站進(jìn)行升級(jí)改造，或采用智能化運(yùn)營(yíng)模式，能有效降低能耗。
目前主要有兩種方法，其一是采用變頻技術(shù)改造老舊排水泵站，或者新建項(xiàng)目直接采用數(shù)字泵等新型設(shè)備設(shè)施，以此降低泵站能耗。
其二，站在系統(tǒng)角度，從更高層面優(yōu)化排水泵站運(yùn)營(yíng)模式。在此基礎(chǔ)上運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，打造智能管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)排水泵站遠(yuǎn)程控制、集中管理和數(shù)字化運(yùn)營(yíng)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
總的來說，污水處理行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)性工程。僅僅站在污水處理廠行業(yè)角度，需要從“用戶控制-源頭分離-管網(wǎng)收納-凈化處理”全流程進(jìn)行系統(tǒng)性規(guī)劃。在這個(gè)過程中，需要政府相關(guān)部門和企業(yè)全面升級(jí)管理運(yùn)營(yíng)模式，從管理驅(qū)動(dòng)升級(jí)為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，構(gòu)建全新的數(shù)字化管理新模式，實(shí)現(xiàn)整個(gè)運(yùn)營(yíng)模式的智慧化升級(jí)。
從根本上解決這一問題，需要我們跳出污水處理行業(yè)，站在生態(tài)文明建設(shè)、城鄉(xiāng)融合發(fā)展、污水資源化、能量自給、環(huán)境友好等更多層面綜合考量，需要從“點(diǎn)-線-面-體”不同層次進(jìn)行頂層規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌安排。這不單是整個(gè)行業(yè)技術(shù)和理念的更新，而且是整個(gè)社會(huì)思想和認(rèn)知的革命。
這將是一個(gè)漫長(zhǎng)和曲折的過程。讓人欣喜的是，污水處理概念廠的提出和實(shí)踐已邁出關(guān)鍵性第一步，我們有理由相信，中國(guó)污水處理行業(yè)將很快為碳中和戰(zhàn)略做出積極貢獻(xiàn)。 來源：前海深港國(guó)際先進(jìn)技術(shù)研究院
碳中和深度研究報(bào)告：大重構(gòu)與六大碳減排路線
（報(bào)告出品方/作者：光大證券，殷中樞、黃帥斌、王招華，孫偉風(fēng)、王銳、馬瑞山、陳無忌、郝騫）
1、 碳中和：大重構(gòu)
1.1、 發(fā)展的權(quán)利：大國(guó)博弈與利益統(tǒng)一
站在全球視角，我們認(rèn)為中國(guó)加快“碳達(dá)峰、碳中和”主要基于以下三方面推動(dòng)：
（1）“碳中和”是中國(guó)經(jīng)濟(jì)的內(nèi)在需求——能源保障、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型
在能源保障方面：2020 年底，我國(guó)原油進(jìn)口依賴度達(dá) 73%，天然氣進(jìn)口依賴度 也在 40%以上；基于能源保障考慮，發(fā)展新能源具有必要性。與此同時(shí)，我國(guó) 已在新能源領(lǐng)域建立起全球優(yōu)勢(shì)。根據(jù)麥肯錫測(cè)算，我國(guó)在太陽(yáng)能電池板領(lǐng)域的 國(guó)家表現(xiàn)遠(yuǎn)超美國(guó)，在所有行業(yè)對(duì)比中位列第一。
在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型方面：雖然“新冠疫情”對(duì)全球經(jīng)濟(jì)的負(fù)面影響正在逐步消除，但是 仍有流動(dòng)性泛濫、債務(wù)問題等未來潛在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)；中國(guó)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn) 度，然而面對(duì)比如貿(mào)易摩擦、技術(shù)封鎖等復(fù)雜的國(guó)際形勢(shì)，做好自己顯得尤為重 要，科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)將是未來重要的發(fā)展方向，加快新產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略布局，產(chǎn) 業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的力度前所未有，步伐明顯加快，在能源與資源領(lǐng)域、網(wǎng)絡(luò)信息領(lǐng)域、 先進(jìn)材料與制造領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、人口健康領(lǐng)域等出現(xiàn)科技革命的可能性較大。
“碳減排”作為重要的抓手，通過“碳成本”這一要素的流動(dòng)，推動(dòng)我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié) 構(gòu)性改革。
2）“碳中和”的對(duì)立性——大國(guó)博弈、貿(mào)易摩擦
部分發(fā)達(dá)國(guó)家其實(shí)此前已多次討論過包括對(duì)中國(guó)在內(nèi)的不實(shí)施碳減排限額國(guó)家 的進(jìn)口產(chǎn)品征收“碳關(guān)稅”，但因經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易依賴性、碳市場(chǎng)不成熟等原因而擱 淺。
根據(jù) OECD 數(shù)據(jù)，2015 年我國(guó)對(duì)外出口約 6 億噸 CO2，其中對(duì)美出口 2.26 億 噸，占比約 35%。假設(shè)國(guó)際對(duì)我國(guó)按 40 美元/噸征收碳稅，增加開支約 260 億 美元；按 100 美元/噸，增加 650 億美元。假設(shè)我國(guó)碳排放成本全部?jī)?nèi)部化，2019 年我國(guó)碳排放 98.26 億噸，按碳價(jià) 100 美元/噸測(cè)算，需 9826 億美元。
“排碳限制”的本質(zhì)，是一種發(fā)展權(quán)的限制；而“碳關(guān)稅”的本質(zhì)，是應(yīng)對(duì)貿(mào)易 劣勢(shì)的一種手段，而這種劣勢(shì)，可能一部分是由實(shí)施碳減排后成本增加而造成的。 站在我國(guó)的角度：“碳關(guān)稅”既是貿(mào)易壁壘“壓力”，也是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)的“動(dòng) 力”。
為什么“新冠疫情”后，我國(guó)推動(dòng)“碳中和”更加迅速？——增加國(guó)際聲譽(yù)和話 語(yǔ)權(quán)。2019 年我國(guó)碳排放量達(dá) 98.26 億噸位列全球第一（人均碳排放和碳排放 量/GDP 均相對(duì)較低），自 2005 年以來為全球碳排放總量最高的國(guó)家（加入世 貿(mào)組織后，全球產(chǎn)業(yè)鏈分工變化所致）。近年來我國(guó)碳排放增速已有所放緩，但 較為龐大的人口基數(shù)使得我國(guó)碳排放全球占比仍在持續(xù)提升，2019 年達(dá) 28.76%。
而針對(duì)“新冠疫情”源頭問題，經(jīng)常有部分西方國(guó)家和人員因政治原因公開抹黑 中國(guó)。而加速推動(dòng)“碳中和”將助力我國(guó)樹立負(fù)責(zé)任的大國(guó)形象，在國(guó)際氣候法 律秩序構(gòu)建中爭(zhēng)取獲得“話語(yǔ)權(quán)”，并掌握未來全球“游戲規(guī)則”的主動(dòng)權(quán)和制 定權(quán)。
目前，全人類氣候目標(biāo)競(jìng)賽已經(jīng)開啟，根據(jù) EnergyClimate 機(jī)構(gòu)推出的凈零排 放競(jìng)賽計(jì)分卡，目前我國(guó)已處于第四梯隊(duì)，位列全球第 28 位。
3）“碳中和”的統(tǒng)一性：全球難得的政策與利益一致點(diǎn)
從全球來看，多數(shù)國(guó)家已更新 NDC（國(guó)家自主貢獻(xiàn)）目標(biāo)。“碳中和”已成為 全球大趨勢(shì)。
拜登上臺(tái)后，美國(guó)重新加入《巴黎協(xié)定》，應(yīng)對(duì)氣候變化是拜登此次總統(tǒng)競(jìng)選的 核心承諾之一，未來美國(guó)將在全球氣候變化、新能源發(fā)展方面采取更多的措施。
雖然前期中美在貿(mào)易和技術(shù)層面有著種種的不愉快，但是在應(yīng)對(duì)全球氣候變化方 面，無論是中美還是全球，在碳中和方面，具有相同的利益和方向。
1.2、 我國(guó)的碳減排將是一段艱苦的歷程
盡管全球越來越多的政府正在將碳中和目標(biāo)納入國(guó)家戰(zhàn)略，但就具體目標(biāo)而言， 仍有區(qū)別。如歐盟在 2020 年 3 月提交《氣候中性法》，旨在從法律層面確保歐洲到2050 年成為首個(gè)“氣候中性”大陸。美國(guó)加州和中國(guó)分別制定了 2045 年 和 2060 年“碳中和”目標(biāo)。加州的目標(biāo)包括削減所有溫室氣體排放，包括二氧 化碳、甲烷等，并抵消其無法削減的排放量，而中國(guó)的目標(biāo)僅針對(duì)二氧化碳。
我國(guó)碳排放下降斜率更大。由于發(fā)展階段的不同，發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍經(jīng)歷“碳達(dá)峰”， 為達(dá)到 2050 年“碳中和”，更大程度上只是延續(xù)以往的減排斜率。而我國(guó)碳排 放總量仍在增加，需要經(jīng)歷 2030 年前“碳達(dá)峰”，然后走向 2060 年前“碳中 和”。從實(shí)現(xiàn)“碳中和”的年限來看，比發(fā)達(dá)國(guó)家時(shí)間更緊迫，碳排放下降的斜 率更大。
在陡峭的碳排放量下降曲線背后，是規(guī)�；慕�(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。這意味著我國(guó)當(dāng)前 經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)下相當(dāng)規(guī)模的存量資產(chǎn)將失去原有功能。
煤電資產(chǎn)擱淺的問題，表明了轉(zhuǎn)型需經(jīng)歷陣痛。一方面，從能源結(jié)構(gòu)和自身稟賦 來看，我國(guó)的能源消耗以煤為主，煤電發(fā)電量在 2019 年占總發(fā)電量的 65%，遠(yuǎn) 超發(fā)達(dá)國(guó)家；另一方面，我國(guó)煤電機(jī)組的平均服役年限僅 12 年，而發(fā)達(dá)國(guó)家普 遍達(dá)到 40 年以上。更快的碳排放量下降斜率，意味著將會(huì)有大量的未達(dá)到退役 年限的煤電資產(chǎn)提前“擱淺”。
根據(jù)牛津大學(xué) 2017 年研究，在不同的情景假設(shè)下，我國(guó)煤電擱淺資產(chǎn)規(guī)模估算 可能高達(dá) 30,860-72,010 億元（合 4,490-10,470 億美元），相當(dāng)于中國(guó) 2015 年 GDP 的 4.1-9.5％。由于近年來我國(guó)仍在新建煤電機(jī)組，實(shí)際擱淺規(guī)�？赡芨� 大。
1.3、 “碳中和”對(duì)我國(guó)意味著什么？
在碳排放量結(jié)構(gòu)方面，目前發(fā)電已成為占比最高的部門。2019 年我國(guó)碳排放量 115 億噸，其中發(fā)電碳排放量 45.69 億噸 CO2，占比 40%；工業(yè)燃燒碳排放量 33.12 億噸 CO2，占比 29%。
各大碳排放重點(diǎn)國(guó)家中，除美國(guó)外，碳排放占比最高的均為發(fā)電部門（美國(guó)為交通，占比 45%）。因此，要實(shí)現(xiàn)“碳中和”，能源轉(zhuǎn)型首當(dāng)其沖。
廣義的能源板塊包括能源的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、消費(fèi)過程，用途包括驅(qū)動(dòng)、產(chǎn)熱等，是 大多數(shù)溫室氣體排放的根源。除此之外，交通、工業(yè)過程和農(nóng)業(yè)也是溫室氣體排 放的主要來源。
從微觀角度看，工業(yè)企業(yè)碳核算邊界內(nèi)主要包含三個(gè)方面：
1）燃料在氧化燃燒過程中產(chǎn)生的溫室氣體排放；
2）在生產(chǎn)、廢棄物處理處置過程中除燃料燃燒之外的物理或化學(xué)變化造成的溫 室氣體排放；
3）企業(yè)輸入/出的電力、熱力所對(duì)應(yīng)的電力、熱力生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的二氧化碳排放。
這意味著我們需要從燃料燃燒/非燃燒過程著手，向可再生能源轉(zhuǎn)變；或通過節(jié) 能降耗的措施減少二氧化碳的排放。
2、 六大碳減排路線：供給側(cè)改革、能源革命與產(chǎn)業(yè)升級(jí)
我們從“能源碳”和“物質(zhì)碳”兩方面出發(fā)，構(gòu)建了“碳中和”的實(shí)現(xiàn)路徑。
一、能源碳
1）能源供給側(cè)：提高可再生能源比例，構(gòu)建零碳電力為主、氫能為輔的能源結(jié) 構(gòu)，同時(shí)大力發(fā)展儲(chǔ)能以保障電網(wǎng)平衡。
2）能源需求側(cè)：分行業(yè)看，主要是工業(yè)、交通、建筑三個(gè)部門；按實(shí)現(xiàn)路徑劃 分，主要有終端電氣化、源頭減量、節(jié)能提效三種途徑。
二、物質(zhì)碳
物質(zhì)碳與工業(yè)過程息息相關(guān)，因此涉及到大規(guī)模的工藝改變和原材料替換。
2.1、 源頭減量：碳減排驅(qū)動(dòng)的供給側(cè)改革
（1）2021 年 1 月 26 日，國(guó)務(wù)院新聞發(fā)布會(huì)披露，工信部與國(guó)家發(fā)改委等相關(guān) 部門正在研究制定新的產(chǎn)能置換辦法和項(xiàng)目備案的指導(dǎo)意見，逐步建立以碳排放、 污染物排放、能耗總量為依據(jù)的存量約束機(jī)制，確保 2021 年全面實(shí)現(xiàn)鋼鐵產(chǎn)量 同比的下降。
促進(jìn)鋼鐵產(chǎn)量的壓減主要從以下四個(gè)方面：
一是嚴(yán)禁新增鋼鐵產(chǎn)能。對(duì)確有必要建設(shè)的鋼鐵冶煉項(xiàng)目需要嚴(yán)格執(zhí)行產(chǎn)能置換 的政策，對(duì)違法違規(guī)新增的冶煉產(chǎn)能行為將加大查處力度，強(qiáng)化負(fù)面預(yù)警。同時(shí) 不斷地強(qiáng)化環(huán)保、能耗、安全、質(zhì)量等要素約束，規(guī)范企業(yè)生產(chǎn)行為。
二是完善相關(guān)的政策措施。根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新情況，工信部和國(guó)家發(fā)改委等相關(guān) 部門正在研究制定新的產(chǎn)能置換辦法和項(xiàng)目備案的指導(dǎo)意見，將進(jìn)一步指導(dǎo)鞏固 鋼鐵去產(chǎn)能的工作成效。
三是推進(jìn)鋼鐵行業(yè)的兼并重組，推動(dòng)提高行業(yè)集中度，推動(dòng)解決行業(yè)長(zhǎng)期存在的 同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重，資源配置不合理，研發(fā)創(chuàng)新協(xié)同能力不強(qiáng)等問題，提高行業(yè)的 創(chuàng)新能力和規(guī)模效益。
四是堅(jiān)決壓縮鋼鐵產(chǎn)量。結(jié)合當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的總體態(tài)勢(shì)，著眼于實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳 中和階段性目標(biāo)，逐步建立以碳排放、污染物排放、能耗總量為依據(jù)的存量約束 機(jī)制，研究制定相關(guān)工作方案，確保 2021 年全面實(shí)現(xiàn)鋼鐵產(chǎn)量同比下降。
回顧上一輪供給側(cè)改革，以差別化電價(jià)、階梯電價(jià)為代表的市場(chǎng)化政策，以及清 查中頻爐（地條鋼）為代表的行政手段（包括后期的環(huán)保督查），有效促進(jìn)了鋼 鐵行業(yè)落后產(chǎn)能淘汰，也使鋼鐵價(jià)格飆升。 目前，政策尚處于討論中，我們需要進(jìn)一步進(jìn)行分析：
1）雖然碳減排是一場(chǎng)“馬拉松”，但是指標(biāo)的設(shè)定、路徑的選擇具有顯著的政 策因素，而目前在其他減排路徑經(jīng)濟(jì)技術(shù)較為一般或時(shí)間成本較高的情況下，短 期壓減產(chǎn)能或許是一條行之有效的措施；
2）目前，生態(tài)環(huán)境部主管碳減排相關(guān)事宜，從環(huán)保督察手段來看，歷史已證明 其有效性；
3）各地、各行業(yè)都將制定自己的減排目標(biāo)和減排路徑，不可避免有排名、比較 的因素。 綜上所述，我們對(duì)通過壓減落后產(chǎn)能來降低能耗進(jìn)而減少二氧化碳排放的政策手 段持樂觀態(tài)度。當(dāng)然具體仍需要待政策最終落地，具體評(píng)估減排指標(biāo)與減排路線。
（2） 2021 年 2 月 4 日，內(nèi)蒙發(fā)布《調(diào)整部分行業(yè)電價(jià)政策和電力市場(chǎng)交易政 策》，對(duì)部分行業(yè)電價(jià)政策和電力市場(chǎng)交易政策進(jìn)行調(diào)整。嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定對(duì) 電解鋁、鐵合金、電石、燒堿、水泥、鋼鐵、黃磷、鋅冶煉 8 個(gè)行業(yè)實(shí)行差別電 價(jià)政策，繼續(xù)對(duì)電解鋁、水泥、鋼鐵行業(yè)執(zhí)行階梯電價(jià)政策。
2021 年 2 月 24 日，甘肅省發(fā)布《高耗能行業(yè)執(zhí)行差別電價(jià)管理辦法通知》， 要求 2021 年 3 月 31 日前完成本地區(qū)首次執(zhí)行差別電價(jià)企業(yè)確認(rèn)工作。針對(duì)鋼 鐵、鐵合金、電解鋁、鋅冶煉、電石、燒堿、黃磷、水泥等八個(gè)高耗能企業(yè)，按 照允許類、限制類、淘汰類，執(zhí)行差別化電價(jià)。
從近期政策來看，以碳排放、能耗總量、污染物排放為依據(jù)的存量約束機(jī)制正在 收緊。
電網(wǎng)企業(yè)因?qū)嵤┎顒e電價(jià)政策而增加的加價(jià)電費(fèi)收入全額上繳省級(jí)國(guó)庫(kù)，納入省 級(jí)財(cái)政預(yù)算，實(shí)行“收支兩條線”管理，統(tǒng)籌用于支持經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排 工作。對(duì)水泥行業(yè)、鋼鐵行業(yè)因?qū)嵤┎顒e電價(jià)政策增加的電費(fèi)收入，10%留電網(wǎng) 企業(yè)用于彌補(bǔ)執(zhí)行差別電價(jià)增加的成本；90%上繳省級(jí)國(guó)庫(kù)，納入省級(jí)財(cái)政預(yù)算， 統(tǒng)籌用于支持行業(yè)技術(shù)改造和轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整。
在“碳達(dá)峰”、“碳中和”目標(biāo)的倒逼之下，“能耗指標(biāo)”將成為重要的抓手， 2021 年全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，大宗商品價(jià)格上漲動(dòng)力較強(qiáng)，疊加“碳中和”目標(biāo)下的 產(chǎn)能壓降手段，高能耗產(chǎn)品供給側(cè)約束后，價(jià)格有可能進(jìn)一步提升。
我們根據(jù)能耗指標(biāo)，梳理了高耗能類型產(chǎn)品：電解鋁、硅鐵、電爐錳鐵、石墨電 極、燒堿、滌綸、銅等，都有可能成為限制對(duì)象。
2.2、 能源替代：新能源長(zhǎng)期發(fā)展的盛宴
現(xiàn)有的能源系統(tǒng)中，煤、石油是主要力量。據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，2019 年我國(guó)能源 消費(fèi)總量 48.7 億噸標(biāo)煤，其中煤炭、石油、天然氣、一次電力及其他能源占比 分別為 57.7%、18.9%、8.1%、15.3%。
從用途來看，石油主要用于終端消費(fèi)（交通、工業(yè)），煤炭主要用于中間消費(fèi)（火 力發(fā)電），天然氣主要用于終端消費(fèi)（交通、工業(yè)、建筑部門）。
回顧人類對(duì)能源利用的探索歷程，實(shí)際上是從利用核外電子到利用核內(nèi)電子的過 程，但這恰是宇宙、物質(zhì)、能源發(fā)展的逆過程。
二次能源中，對(duì)電能的利用是一項(xiàng)偉大的革命，現(xiàn)已成為能源利用的樞紐，從歷 史上看，“電”也引發(fā)了多次生產(chǎn)技術(shù)革命。而氫能同作為二次能源，具有可存 儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，但也因制備和使用效率稍遜而經(jīng)濟(jì)性較差，但從能量循環(huán)的角度看， 可以有助于碳的減排。
鋰、氫能同作為可行且具有前景電子存儲(chǔ)載體，其重要的原理特點(diǎn)在于，Li+與 H2 都是小粒子，有助于提升物質(zhì)/能源轉(zhuǎn)換便利性。
碳中和的最重要目的就是減少含碳溫室氣體的排放，采用合適的技術(shù)固碳，最終 達(dá)到平衡。
為達(dá)到碳中和，我們預(yù)計(jì)到 2060 年，清潔電力將成為能源系統(tǒng)的配置中樞。供 給側(cè)以光伏+風(fēng)電為主，輔以核電、水電、生物質(zhì)發(fā)電；需求側(cè)全面電動(dòng)化，并 輔以氫能。
2.2.1、能源供給側(cè)：可再生能源主導(dǎo)
總量層面：
核心假設(shè)：
（1）我們采用“自上而下”的測(cè)算方法，假設(shè)未來 GDP 增速和發(fā)電量增速?gòu)?ldquo;十 三五”末期的 5%逐步下降到 2.5%；而由于節(jié)能降耗的原因，未來單位 GDP 能 耗逐步下降，電力消費(fèi)彈性系數(shù)將小于 1。
（2）假設(shè)未來我國(guó)總發(fā)電量和 GDP 保持同步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)且增速一致，假設(shè) GDP 和總發(fā)電量增速分別為 2021-2030 年 4%、2031-2040 年 3%、2041-2060 年 2.5%。
根據(jù)我們的上述假設(shè)，以 2019 年發(fā)電量 7.22 萬億千瓦時(shí)為基礎(chǔ)，2030 年發(fā)電 量達(dá)到 11.9 萬億千瓦時(shí)（和部分機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致），2060 年發(fā)電量進(jìn)一步達(dá)到 32.71 萬億千瓦時(shí)。
結(jié)構(gòu)層面：
在總發(fā)電量預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，我們將進(jìn)一步對(duì)不同發(fā)電方式未來的發(fā)電量及相應(yīng)的 裝機(jī)需求進(jìn)行拆分。
（1）火電：裝機(jī)量方面，在 2030 年碳達(dá)峰基礎(chǔ)上，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中 2020-2030 年仍需要有一定規(guī)模的火電裝機(jī)支撐發(fā)電量增長(zhǎng)，因此我們假設(shè)火電 裝機(jī)在 2020-2030 年間每年仍將維持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，但增量逐步減少直至 2030 年無 新增火電裝機(jī)；2030-2060 年，火電裝機(jī)每年將逐步退出電力市場(chǎng)，直至 2060 年碳中和時(shí)存量火電裝機(jī)清零。利用小時(shí)數(shù)方面，隨著火電裝機(jī)的逐步減少，未 來火電將更多用于調(diào)峰平抑發(fā)電曲線，因此我們假設(shè)火電利用小時(shí)數(shù)從 2020 年 的 4080 小時(shí)逐步降低至 2030 年的 3080 小時(shí)，后續(xù)則保持平穩(wěn)。發(fā)電量方面， 在裝機(jī)量和利用小時(shí)數(shù)假設(shè)的基礎(chǔ)上，火電的發(fā)電量占比將從 2020 年的 68%逐 步減少至 2060 年碳達(dá)峰時(shí)的 0%。
（2）水+核能+生物質(zhì)：假設(shè)未來水+核能+生物質(zhì)整體的發(fā)電量情況保持穩(wěn)定， 2020-2060 年，在 1.7 萬億千瓦時(shí)的基礎(chǔ)上每年增長(zhǎng) 2%。
（3）光伏+風(fēng)電：在火電發(fā)電量逐步減少，水+核能+生物質(zhì)發(fā)電量保持相對(duì)穩(wěn) 健增長(zhǎng)的背景下，光伏和風(fēng)力發(fā)電將逐步成為未來最重要的發(fā)電方式。發(fā)電量占 比方面，我們假設(shè)光伏+風(fēng)電發(fā)電量中光伏發(fā)電的占比維持在 40%；利用小時(shí)數(shù) 方面，假設(shè)風(fēng)電、光伏年利用小時(shí)數(shù)分別維持在 2400h、1300h；裝機(jī)量方面， 在總發(fā)電量發(fā)展、其他發(fā)電方式發(fā)電量、光伏發(fā)電量占比、以及光伏和風(fēng)電利用 小時(shí)數(shù)等預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，我們測(cè)算得出2030年風(fēng)電、光伏新增裝機(jī)量分別為1.53、 1.88 億千瓦，2060 年風(fēng)電、光伏新增裝機(jī)量進(jìn)一步達(dá)到為 2.19、2.7 億千瓦。
（4）儲(chǔ)能：由于光伏、風(fēng)電的不穩(wěn)定性，必須輔以必要的儲(chǔ)能以平抑發(fā)電波動(dòng)。 假設(shè)儲(chǔ)能容配比從 2020 年的 10%逐步提升至 2060 年的 100%，備電時(shí)長(zhǎng)從 2020 年的 2h 逐步提升至 2060 年的 4h，則儲(chǔ)能每年的新增容量將從 2020 年的 0.24 億千瓦時(shí)增長(zhǎng)至 2060 年的 19.55 億千瓦時(shí)。
需要注意的是，我們對(duì)光伏、風(fēng)電新增裝機(jī)量的預(yù)測(cè)源自對(duì)部分關(guān)鍵變量的核心 假設(shè)，如果其未來發(fā)生變化（如火電利用小時(shí)降低超預(yù)期、水+核能+生物質(zhì)發(fā) 電量降低、儲(chǔ)能配套設(shè)施建設(shè)超預(yù)期等），則未來光伏、風(fēng)電每年的新增裝機(jī)量 或?qū)⒊A(yù)期增長(zhǎng)。
投資層面：
在每年光伏、風(fēng)電新增裝機(jī)量的測(cè)算基礎(chǔ)上，我們將進(jìn)一步測(cè)算可再生能源發(fā)電 設(shè)施建設(shè)所需要的投資規(guī)模。
（1）預(yù)測(cè)光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能的單位投資成本保持下降趨勢(shì)，到 2030 年分別達(dá) 到 0.371 元/瓦、5.63 元/瓦、1.03 元/瓦時(shí)，到 2060 年分別達(dá)到 1.35 元/瓦、 4.5 元/瓦、0.5 元/瓦時(shí)。
結(jié)合我們對(duì)光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能新增裝機(jī)預(yù)測(cè)，可以得到 2021-2060 年每年在可 再生能源發(fā)電端所需要的投資規(guī)模。我們預(yù)測(cè)“碳中和”將為可再生能源發(fā)電領(lǐng) 域累計(jì)增加約 84 萬億元人民幣的新增投資，其中光伏、風(fēng)電裝機(jī)建設(shè)投資規(guī)模 約 60 萬億元，儲(chǔ)能設(shè)施投資規(guī)模約 24 萬億元。
氫能
在能源供給側(cè)脫碳的過程中，氫能與電能同為重要的二次能源，扮演著重要作用， 如重工業(yè)（高溫-超高溫環(huán)境）、道路交通（氫燃料汽車）、大規(guī)模儲(chǔ)能、船運(yùn) 等。
目前，電解水制氫的成本仍較高。根據(jù)能源轉(zhuǎn)型委員會(huì)的預(yù)測(cè)，隨著電解槽成本 下降，未來電解水制氫將成為主流方法。要實(shí)現(xiàn)“零碳”排放，電解水所需的電 力也必須來自于可再生能源，由此產(chǎn)生的氫氣稱為“綠氫”。
海上風(fēng)電制氫（直接在風(fēng)機(jī)附近制氫）是海上風(fēng)電未來發(fā)展的重要方向，主要有 兩個(gè)原因：
1）隨著海上風(fēng)電離岸越來越遠(yuǎn)，外送電纜投資成本也逐步攀升，而利用風(fēng)機(jī)所 發(fā)電力將水電解產(chǎn)生氫氣后，通過比電纜便宜得多的管道將氫氣送到岸上，甚至 有些海域有現(xiàn)成的天然氣管道可供使用；
2）氫氣可以儲(chǔ)存，而電力難以儲(chǔ)存。
2.2.2、能源需求側(cè)：終端電氣化
由于能源供給側(cè)向綠色電力轉(zhuǎn)變，所以需求側(cè)的脫碳首先意味著終端電氣化。 根據(jù)國(guó)網(wǎng)能源研究院 2019 年 12 月的研究成果，終端電氣化率在 2050 年達(dá)到 50%以上，其中工業(yè)、建筑、交通部門分別達(dá)到 52%、65%、35%。
工業(yè)部門電氣化
鋼鐵、電解鋁、水泥等行業(yè)是能耗大戶，也是碳排放大戶。
鋼鐵行業(yè)的電氣化路徑主要是從高爐轉(zhuǎn)向電爐，電爐及其設(shè)備、耗材仍具有較好 的投資機(jī)會(huì)。根據(jù)鋼協(xié)數(shù)據(jù)，2019 年我國(guó)鋼鐵行業(yè) 90%以上的產(chǎn)能采用高爐 （BOF）技術(shù)，而電爐技術(shù)（EAF）僅占生產(chǎn)總量的 9%。特別是以廢鋼為原料 的短流程煉鋼技術(shù)，碳排放量?jī)H 0.4 噸二氧化碳/噸鋼，若使用綠色電力為電爐 供能，則碳排放量可降為 0。
水泥的生產(chǎn)過程中需要將水泥窯加熱到 1600 攝氏度以上，目前電爐的使用尚未 商業(yè)化，投資成本較高。目前較為可行的方法是用沼氣、生物質(zhì)替代化石燃料。
建筑部門電氣化
從建筑屬性來看，可以分為公共建筑、城鎮(zhèn)居民建筑和農(nóng)村居民建筑。從用途來 看，供熱、制冷、烹飪是中國(guó)建筑部門的主要能源消費(fèi)來源。建筑部門的電氣化 率仍較低，2017 年僅為 28%。
目前，制冷、照明、家電已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 100%電氣化，供暖和烹飪的電氣化推進(jìn)較 為緩慢。我國(guó)北方城鎮(zhèn)普遍實(shí)行集中供暖，主要熱源為燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)和燃煤鍋爐。 自 2017 年以來，我國(guó)北方地區(qū)推行“煤改氣”、“煤改電”，對(duì)建筑部門的電 氣化有一定的推動(dòng)作用。
炊事方面，根據(jù)清華大學(xué)建筑電氣化接受程度調(diào)研，一方面，住宅炊事用能逐漸 向公建轉(zhuǎn)移，應(yīng)關(guān)注公建餐廳電氣化；另一方面，住宅炊事電氣化最大難點(diǎn)在于 改變用戶習(xí)慣。
總之，建筑部門電氣化需綜合考慮公共部門與居民住宅，也要考慮南北方氣候差 異。隨著人民生活水平提高，家用電器的數(shù)量和使用強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)。未來采暖 電氣化應(yīng)逐步替代燃煤鍋爐，炊事電氣化應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注餐廳電氣化和住宅炊事習(xí)慣 引導(dǎo)。
交通部門電氣化
交通部門的電氣化具有三個(gè)方面的含義：
1）道路交通（小型、輕型）：綠色電力為基礎(chǔ)的電動(dòng)車（電池），配套充電樁、換電站；
2）道路交通（重型）、鐵路或海運(yùn)：氫能（或氨氣），配套加氫站；
3）航空：生物航空柴油為主要方向。
我們預(yù)計(jì)，乘用車銷量在 2040 年見頂，電動(dòng)車的滲透率在 2045 年達(dá)到 100%， 則電動(dòng)車的銷量將在 2045 年達(dá)到 3600 萬輛/年。假設(shè)單車售價(jià)保持下行趨勢(shì)， 在 2060 年達(dá)到 12 萬元/輛左右。則電動(dòng)車領(lǐng)域累計(jì)將帶來 130 萬億人民幣的累 計(jì)新增投資。
隨著電動(dòng)車保有量的提升，假設(shè)車樁比在 2030 年達(dá)到 1：1，則 2060 年充電樁 總數(shù)將超過 5 億個(gè)。綜合考慮充電樁的新建需求和更換需求，累計(jì)新增投資達(dá)到 18.15 萬億元人民幣。
氫能燃料電池將主要用于重型道路交通（客車、貨車）。假設(shè)輕型、中型、大型 貨車的年銷量保持在 150、20、70 萬輛，燃料電池滲透率在 2045 年達(dá)到 40%、 60%、80%，而后保持該滲透率；輕型、中型、大型客車的年銷量保持 30、7、 7 萬輛，燃料電池滲透率在 2045 年達(dá)到 30%、50%、70%，而后保持該滲透率， 則累計(jì)新增投資達(dá)到 29 萬億元人民幣。
2.3、 回收利用：綠色低碳的循環(huán)經(jīng)濟(jì)
再生資源的回收利用可以有效減少初次生產(chǎn)過程中的碳排放。目前來看，市場(chǎng)潛 力主要集中在三大領(lǐng)域：
1）高耗能行業(yè)（鋼鐵、水泥、鋁和塑料）的產(chǎn)品再生；
2）廢棄物（秸稈、林業(yè)廢棄物、生活垃圾）的能源化利用；
3）動(dòng)力電池回收利用。
廢鋼利用：
據(jù)世界鋼鐵協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，從中長(zhǎng)期來看，過去二十年中國(guó)鋼材消費(fèi)量的迅速增長(zhǎng)， 將帶動(dòng)中國(guó)國(guó)內(nèi)的廢鋼資源快速增長(zhǎng)。在未來數(shù)年里，中國(guó)國(guó)內(nèi)的廢鋼供應(yīng)量可 滿足中國(guó)的煉鋼需求。
鋼鐵行業(yè)的電氣化趨勢(shì)（電爐代替高爐）與廢鋼的利用屬于同一路徑。對(duì)比發(fā)達(dá) 國(guó)家，我國(guó)的電爐鋼產(chǎn)量占比處于較低水平。
再生鋁：
電解鋁的碳排放來源主要包括：電力消耗、碳陽(yáng)極消耗、陽(yáng)極效應(yīng)導(dǎo)致全氟化碳 排放。再生鋁可以有效減少初次生產(chǎn)的能耗與碳排放，目前我國(guó)的再生鋁產(chǎn)量占 比同樣處于較低水平。
塑料循環(huán)利用：
在化工行業(yè)的數(shù)千種產(chǎn)品中，僅氨、甲醇和 HVC（高價(jià)值化學(xué)品，包括輕烯烴 和芳烴）三大類基礎(chǔ)化工產(chǎn)品的終端能耗總量就占到該行業(yè)的四分之三左右。
據(jù)上海市再生資源回收利用行業(yè)協(xié)會(huì)披露，2019 年我國(guó)產(chǎn)生廢塑料 6300 萬噸， 回收量 1890 萬噸，回收率僅 30%。
根據(jù)能源轉(zhuǎn)型委員會(huì)研究，2050 年，中國(guó)的塑料需求中 52%可由回收再利用的 二次塑料提供，初級(jí)塑料產(chǎn)量與國(guó)際能源署的照常發(fā)展情景中的回收率水平下的 產(chǎn)量相比減少 45%，HVC 和甲醇的需求分別較照常發(fā)展情景大幅減少 40%和 18%。
動(dòng)力電池回收：
磷酸鐵鋰電池回收后兩大利用途徑：梯次利用與拆解回收，這兩個(gè)途徑并不是排 斥關(guān)系，而是互補(bǔ)關(guān)系。
三元正極材料回收與再生的技術(shù)路線主要分以下兩種形式:
物理修復(fù)再生，對(duì)只是失去活性鋰元素的三元正極材料，直接添加鋰元素并通過 高溫?zé)Y(jié)進(jìn)行修復(fù)再生；對(duì)于嚴(yán)重容量衰減、表面晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的正極材料， 進(jìn)行水熱處理和短暫的高溫?zé)Y(jié)再生；
冶金法回收，主要有火法、濕法、生物浸出法三種方式。其中火法耗能高，會(huì)產(chǎn) 生有價(jià)成分損失，且產(chǎn)生有毒有害氣體；生物浸出法處理效果差，周期較長(zhǎng)，且 菌群培養(yǎng)困難；相比之下，濕法具有效率高、運(yùn)行可靠、能耗低、不產(chǎn)生有毒有 害氣體等有毒，因此應(yīng)用更普遍。
對(duì)于三元電池，我們預(yù)測(cè)：2019 年預(yù)計(jì)可回收三元正極 0.13 萬噸，隨后逐年遞 增至 2030 年的 29.25 萬噸。
1）NCM333：隨著 2014 年安裝的 NCM333 三元電池于2019 年開始退役，2019 到 2022 年 NCM333 回收量逐步增加，2022 年達(dá)峰值 1.28 萬噸，隨后由于 NCM333 的退出而逐步減少，至 2026 年回收量歸零；
2）NCM523：2016 年開始進(jìn)入市場(chǎng)的 NCM523 于 2021 年開始報(bào)廢回收，隨后 回收量于 23-28 年穩(wěn)定在 4-6 萬噸之間，預(yù)計(jì) 2030 年上漲至 10.78 萬噸；
3）NCM622：2017 年進(jìn)入市場(chǎng)的 NCM622 于 2022 年開始報(bào)廢回收，回收量小 幅上漲，直到 28 年上漲幅度增加，預(yù)計(jì) 30 年可回收 6.03 萬噸；
4）NCM811：2018 年進(jìn)入市場(chǎng)的 NCM811 于 2023 年開始報(bào)廢回收，預(yù)計(jì) 30 年可增長(zhǎng)至 12.44 萬噸。預(yù)計(jì) 30 年可回收鋰 2.09 萬噸，鎳 11.47 萬噸，鈷 2.80 萬噸，錳 3.23 萬噸。
對(duì)于磷酸鐵鋰電池，我們預(yù)測(cè)：
1）2030 年，報(bào)廢鐵鋰電池將達(dá)到 31.33 萬噸；
2）隨著梯次利用逐年上升，預(yù)計(jì) 2030 年可梯次利用的鐵鋰電池達(dá) 109.93GWh， 共 25.06 萬噸；其余 6.27 萬噸進(jìn)行拆解回收，可回收鋰元素 0.28 萬噸；
3）2027 年梯次利用的磷酸鐵鋰電池將在 2030 年達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)拆解回收 8.604 萬噸，可回收鋰元素 0.379 萬噸。二者總計(jì)可以回收鋰元素 0.65 萬噸。
市場(chǎng)空間方面，根據(jù)我們的測(cè)算： 三元電池回收：在金屬處于現(xiàn)價(jià)（ ）時(shí)，2030 年三元電池鋰/鎳/鈷/ 錳回收市場(chǎng)空間預(yù)計(jì) 103.67/154.24/85.80/5.29 億元。
磷酸鐵鋰電池回收：
中性假設(shè)條件下（梯次利用殘值率 30%），2030 年梯次利用市場(chǎng)空間預(yù)計(jì) 180.93 億元。在鋰金屬處于現(xiàn)價(jià)（2021/1/22）時(shí)，2030 年磷酸鐵鋰電池鋰元素回收 市場(chǎng)空間預(yù)計(jì) 32.38 億元。
2.4、 節(jié)能提效：低碳社會(huì)的護(hù)航者
工業(yè)節(jié)能：
2020年噸新型干法水泥熟料綜合能耗已下降至85kg標(biāo)煤，較2005年下降35%。 噸鋼綜合能耗下降至 552 克標(biāo)煤，較 2005 年下降 20%以上。
中國(guó)鋼鐵行業(yè)還有一定的節(jié)能技術(shù)推廣、能效提高的空間。如余熱回收（TRT 等技術(shù)）、高級(jí)干熄焦技術(shù)（CDQ）等。
對(duì)于水泥行業(yè)來說，2020 年底已有 80%的水泥窯利用余熱發(fā)電，總裝機(jī) 4850 兆瓦。同時(shí)，現(xiàn)有的商業(yè)模式（DBB 模式、EPC 模式、BOT 模式）較為成熟， 將推動(dòng)我國(guó)實(shí)現(xiàn)“2035 年熟料生產(chǎn)完全不依賴外部電力”的目標(biāo)。
針對(duì)化工行業(yè)，由中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)主辦的石油和化工行業(yè)重點(diǎn)耗能產(chǎn) 品能效“領(lǐng)跑者”標(biāo)桿企業(yè)評(píng)選已持續(xù)多年，2018 年行業(yè)單位能耗持續(xù)下降， 萬元收入耗標(biāo)煤同比下降 10%，電石、純堿、燒堿、合成氨等重點(diǎn)產(chǎn)品單位綜 合能耗同比分別下降 2.18%、0.6%、0.51%和 0.69%。
建筑能效提升：
根據(jù)國(guó)務(wù)院新聞辦公室《新時(shí)代的中國(guó)能源發(fā)展白皮書》，截止 2019 年底，我 國(guó)累計(jì)建成節(jié)能建筑面積 198 億平米，占城鎮(zhèn)既有建筑面積比例超過 56%。推 動(dòng)既有居住建筑節(jié)能改造，提升公共建筑能效水平，是建筑領(lǐng)域節(jié)能的重要途徑。 在居民制冷、取暖領(lǐng)域，熱泵技術(shù)可以有效利用空氣熱能，較現(xiàn)有的壁掛爐、電 加熱等方式更節(jié)能。
節(jié)能設(shè)備
功率半導(dǎo)體 IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的應(yīng)用，可以有效提升能效水平，尤 其是在家電（變頻家電）和工業(yè)（工業(yè)控制和自動(dòng)化）領(lǐng)域，兩者占 IGBT 下游 需求的 47%左右。
根據(jù)產(chǎn)業(yè)在線統(tǒng)計(jì)，2013 年變頻空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施，空調(diào)的變頻占有率提升超 過了 6 個(gè)百分點(diǎn)；2016 年 10 月份冰箱新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，2017 年冰箱的變頻化率迅 速提高了 10%；洗衣機(jī)新標(biāo)準(zhǔn)在 2018 年 10 月推出，2019 年變頻洗衣機(jī)的市 占率較推出前大幅增加了 8 個(gè)百分點(diǎn)。
未來隨著能效要求的進(jìn)一步提升，以 IGBT 為核心的變頻領(lǐng)域前景廣闊。
2.5、 工業(yè)過程脫碳與工藝變革
工藝變革
除了能源使用（主要是化石燃料燃燒及電力/熱力使用），工業(yè)過程碳排放也是 重要的二氧化碳來源，2017 年占比 13%。 工業(yè)過程碳排放與各個(gè)行業(yè)采用的生產(chǎn)工藝直接相關(guān)。
（1）如鋼鐵行業(yè)：含碳原料（電極、生鐵、直接還原鐵）和溶劑的分解和氧化；
（2）電解鋁：碳陽(yáng)極消耗、陽(yáng)極效應(yīng)導(dǎo)致全氟化碳排放；
（3）水泥：污水污泥等廢棄物里所含有的非生物質(zhì)碳的燃燒、原材料碳酸鹽分 解產(chǎn)生的二氧化碳排放、生料中非燃料碳煅燒。
相比于“能源碳”，“過程碳”的去除更加困難。原因在于：
（1）生產(chǎn)工藝深度整合，對(duì)工藝過程的某一部分的改變都伴隨著過程其他部分 的改變；
（2）生產(chǎn)設(shè)施的使用壽命很長(zhǎng)，通常超過 50 年（定期維護(hù)）。改變現(xiàn)有場(chǎng)地 的工藝需要昂貴的重建或改造；
（3）大宗商品全球交易，水泥、鋼鐵、氨和乙烯是大宗商品，在采購(gòu)決策中， 成本是決定性因素。除水泥外，這些產(chǎn)品都在全球范圍內(nèi)進(jìn)行交易。一般來說， 在所有四個(gè)部門中，外部性都沒有被考慮在內(nèi)，而且還沒有為可持續(xù)或脫碳產(chǎn)品 支付更多費(fèi)用的意愿。
隨著“碳中和”的推進(jìn)，短流程鋼的產(chǎn)量占比將逐步提升。對(duì)于剩余長(zhǎng)流程鋼來 說，可以采用基于工藝改造的脫碳路線，如基于氫氣的直接還原鐵（DRI）、電 解法煉鋼、生物質(zhì)煉鋼、碳捕集與封存（CCS）。
水泥生產(chǎn)過程中，由于石灰石分解產(chǎn)生的二氧化碳排放占到總量的 60%，因此 將不可避免用到碳捕集與封存（CCS）。其次，原料替代（粉煤灰、鋼渣）等替 代品已被廣泛使用，其他如氧化鎂、堿/地質(zhì)聚合物粘合劑等同樣具備潛力。
2.6、 CCUS：零排放“兜底”技術(shù)
由于工藝替代的困難，“物質(zhì)碳”在一定程度上不可避免，特別是在水泥、鋼鐵、 化工等重工業(yè)領(lǐng)域。也即如果不采用 CCUS，這些行業(yè)幾乎不可能實(shí)現(xiàn)凈零排放。
二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）是指將二氧化碳從排放源中分離后或直接 加以利用或封存，以實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排的工業(yè)過程。
碳捕集的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：
（1）煤氣化制氫以及甲烷重整制氫過程；
（2）工業(yè)部門的化石燃料燃燒過程；
（3）化工原料相關(guān)碳排放和水泥生產(chǎn)的過程排放等；
（4）電力部門中的應(yīng)對(duì)短期和季節(jié)性峰值的火力發(fā)電。
2019 年中國(guó)共有 18 個(gè)捕集項(xiàng)目在運(yùn)行，二氧化碳捕集量約 170 萬噸；12個(gè)地質(zhì)利用項(xiàng)目運(yùn)行中，地質(zhì)利用量約 100 萬噸；化工利用量約 25 萬噸、生物利用 量約 6 萬噸。
在 CCUS 捕集、輸送、利用與封存環(huán)節(jié)中，捕集是能耗和成本最高的環(huán)節(jié)。二 氧化碳排放源可以劃分為兩類：
一類是高濃度源（如煤化工、煉化廠、天然氣凈化廠等），另一類是低濃度源（如 燃煤電廠、鋼鐵廠、水泥廠等）。高濃度源的捕集成本大大低于低濃度源。
捕集環(huán)節(jié)：典型項(xiàng)目（低濃度燃煤電廠）的成本約在 300-500 元/噸；
運(yùn)輸環(huán)節(jié)：罐車運(yùn)輸成本約為 0.9-1.4 元/噸/公里，管道運(yùn)輸成本約為 0.9-1.4 元/噸/公里；
利用封存環(huán)節(jié)：驅(qū)油封存技術(shù)成本約在 120-800 元/噸，同時(shí)可以提高石油采收 率。咸水層封存的成本約為 249 元/噸。
3、 投資觀點(diǎn)：快與慢、短與長(zhǎng)
通過構(gòu)建“碳中和”實(shí)現(xiàn)框架，我們跟隨全社會(huì)碳足跡，總結(jié)出各個(gè)領(lǐng)域的不同 的路徑。當(dāng)然，由于技術(shù)、成本、實(shí)施條件的差異，不同的路徑之間成熟度差異 較大。
目前比較成熟的路徑有：工業(yè)領(lǐng)域的鋼鐵電爐、廢鋼利用、水泥協(xié)同處置、再生 鋁等，道路交通領(lǐng)域的電動(dòng)車與充電樁，能源領(lǐng)域的清潔能源，建筑領(lǐng)域的電氣 化與空氣熱泵、裝配式建筑等，以及消費(fèi)側(cè)的綠色出行、垃圾分類等；
處于起步階段的路徑有：工業(yè)領(lǐng)域的壓減、轉(zhuǎn)移產(chǎn)能，交通領(lǐng)域的燃料電池、氫 能、電池回收等，能源領(lǐng)域的智慧電網(wǎng)、棄風(fēng)棄光利用、火電產(chǎn)能壓減等；
處于研究階段的路徑有：水泥清潔燃料、化工 Power-to-X、鋼鐵氫還原，以及 碳捕集在各個(gè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。
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